FR3079534A1 - METHOD FOR PRODUCING A MONOCRYSTALLINE LAYER OF GAAS MATERIAL AND SUBSTRATE FOR EPITAXIC GROWTH OF A MONOCRYSTALLINE LAYER OF GAAS MATERIAL - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication d'une couche monocristalline de matériau GaAs comprenant le transfert d'une couche germe monocristalline de matériau SrTiO3 sur un substrat support de matériau silicium suivi d'une croissance par épitaxie d'une couche monocristalline de matériau GaAs.A method of manufacturing a monocrystalline layer of GaAs material comprising transferring a monocrystalline seed layer of SrTiO3 material to a silicon material support substrate followed by epitaxial growth of a monocrystalline layer of GaAs material.
Description
DOMAINE DE L’INVENTIONFIELD OF THE INVENTION
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une couche monocristalline de matériau GaAs ainsi qu’un substrat pour la croissance par épitaxie d’une telle couche monocristalline de matériau GaAs.The present invention relates to a method for manufacturing a monocrystalline layer of GaAs material as well as a substrate for the growth by epitaxy of such a monocrystalline layer of GaAs material.
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
Certains matériaux ne sont pas actuellement disponibles sous forme de substrat monocristallin en forme de tranche en grand diamètre. Et certains matériaux sont éventuellement disponibles en grand diamètre mais pas selon certaines caractéristiques ou spécifications en terme de qualité, en particulier vis-à-vis la densité de défauts ou encore les propriétés électriques ou optiques requises.Certain materials are not currently available in the form of a monocrystalline substrate in the form of a large diameter wafer. And certain materials are possibly available in large diameter but not according to certain characteristics or specifications in terms of quality, in particular with respect to the density of defects or even the required electrical or optical properties.
EXPOSE DE L’INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
La présente invention vise à pallier ces limitations de l’état de la technique en proposant un procédé de fabrication d’une couche monocristalline de matériau GaAs ainsi qu’un substrat pour la croissance par épitaxie d’une telle couche monocristalline de matériau GaAs. Par ceci il est possible de remédier au problème de taille des substrats monocristallins de matériau GaAs actuellement disponibles.The present invention aims to overcome these limitations of the state of the art by proposing a method for manufacturing a monocrystalline layer of GaAs material as well as a substrate for the growth by epitaxy of such a monocrystalline layer of GaAs material. By this it is possible to remedy the size problem of monocrystalline substrates of GaAs material currently available.
L’invention concerne un procédé de fabrication d’une couche monocristalline de matériau GaAs comprenant le transfert d’une couche germe monocristalline de matériau SrTiOa sur un substrat support de matériau silicium suivi d’une croissance par épitaxie d’une couche monocristalline de matériau GaAs.The invention relates to a method for manufacturing a monocrystalline layer of GaAs material comprising the transfer of a monocrystalline seed layer of SrTiOa material onto a support substrate of silicon material followed by growth by epitaxy of a monocrystalline layer of GaAs material .
Dans des modes de réalisation avantageux la couche germe monocristalline a une épaisseur inférieure à 10 pm, de préférence inférieure à 2 pm, et plus préférentiellement inférieure à 0,2pm.In advantageous embodiments, the monocrystalline seed layer has a thickness of less than 10 μm, preferably less than 2 μm, and more preferably less than 0.2 μm.
Dans des modes de réalisation avantageux le transfert de la couche germe monocristalline de matériau SrTiO3 sur le substrat support de matériau silicium comprend une étape d’assemblage d’un substrat monocristallin de matériau SrTiOs sur le substrat support suivi d’une étape d’amincissement dudit substrat monocristallin de matériau SrTiOs.In advantageous embodiments, the transfer of the monocrystalline seed layer of SrTiO 3 material onto the support substrate of silicon material comprises a step of assembling a monocrystalline substrate of SrTiOs material onto the support substrate followed by a thinning step of said monocrystalline substrate of SrTiOs material.
Dans des modes de réalisation avantageux l’étape d’amincissement comprend la formation d’une zone de fragilisation délimitant une portion du substrat monocristallin de matériau SrTiOs destinée à être transférée sur le substrat support de matériau silicium.In advantageous embodiments, the thinning step comprises the formation of a weakening zone delimiting a portion of the monocrystalline substrate of SrTiOs material intended to be transferred to the support substrate of silicon material.
Dans des modes de réalisation avantageux la formation de la zone de fragilisation est obtenue par implantation d’espèces atomiques et/ou ioniques.In advantageous embodiments, the formation of the embrittlement zone is obtained by implantation of atomic and / or ionic species.
Dans des modes de réalisation avantageux l’étape d’amincissement comprend un détachement au niveau de la zone de fragilisation de manière à transférer ladite portion du substrat monocristallin de matériau SrTiO3 sur le substrat support de matériau silicium, en particulier le détachement comprend l’application d’une contrainte thermique et/ou mécanique.In advantageous embodiments, the thinning step comprises a detachment at the level of the embrittlement zone so as to transfer said portion of the monocrystalline substrate of SrTiO 3 material onto the support substrate of silicon material, in particular the detachment comprises the application of thermal and / or mechanical stress.
Dans des modes de réalisation avantageux l’étape d’assemblage est une étape d’adhésion moléculaire.In advantageous embodiments, the assembly step is a molecular adhesion step.
Dans des modes de réalisation avantageux la couche de germe monocristalline de matériau SrTiOa se présente sous la forme d’une pluralité de pavés transférés chacun sur le substrat support de matériau silicium.In advantageous embodiments, the monocrystalline seed layer of SrTiOa material is in the form of a plurality of blocks each transferred onto the support substrate of silicon material.
Dans des modes de réalisation avantageux le substrat support de matériau silicium comprend une interface démontable configurée pour être démontée par une attaque chimique et/ou par une sollicitation mécanique.In advantageous embodiments, the support substrate of silicon material comprises a removable interface configured to be removed by chemical attack and / or by mechanical stress.
L’invention concerne aussi un substrat pour croissance par épitaxie d’une couche monocristalline de matériau GaAs caractérisé en ce qu’il comprend une couche germe monocristalline de matériau SrTiO3 sur un substrat support de matériau silicium.The invention also relates to a substrate for growth by epitaxy of a monocrystalline layer of GaAs material, characterized in that it comprises a monocrystalline seed layer of SrTiO 3 material on a support substrate of silicon material.
Dans des modes de réalisation avantageux la couche germe monocristalline de matériau SrTiOs se présente sous la forme d’une pluralité de pavés.In advantageous embodiments, the monocrystalline seed layer of SrTiOs material is in the form of a plurality of blocks.
Dans des modes de réalisation avantageux le substrat support de matériau silicium comprend une interface démontable configurée pour être démontée par une attaque chimique et/ou par une sollicitation mécanique.In advantageous embodiments, the support substrate of silicon material comprises a removable interface configured to be removed by chemical attack and / or by mechanical stress.
L’invention concerne aussi un procédé de fabrication d’une couche monocristalline de matériau AlxlnyGazAsiPmNn ayant un paramètre de maille proche de celui du matériau GaAs comprenant le transfert d’une couche germe monocristalline de matériau SrTiOs sur un substrat support de matériau silicium suivi d’une croissance par épitaxie d’une couche monocristalline de matériau AlxlnyGazAS|PmNn.The invention also relates to a method for manufacturing a monocrystalline layer of material Al x ln y Ga z AsiPmNn having a lattice parameter close to that of the material GaAs comprising the transfer of a monocrystalline seed layer of material SrTiOs onto a support substrate of silicon material followed by growth by epitaxy of a monocrystalline layer of material Al x ln y Ga z AS | P m Nn.
L’invention concerne aussi un procédé de fabrication d’une couche monocristalline de matériau AlxlnyGazAsiPmNn ayant un paramètre de maille proche de celui du matériau GaAs comprenant le transfert d’une couche germe monocristalline de matériau YSZ ou CeO2 ou MgO ou AI2O3, sur un substrat support de matériau silicium suivi d’une croissance par épitaxie d’une couche monocristalline de matériau AlxlnyGazAS|PmNn.The invention also relates to a method for manufacturing a monocrystalline layer of material Al x ln y Ga z AsiPmN n having a lattice parameter close to that of the material GaAs comprising the transfer of a monocrystalline seed layer of material YSZ or CeO2 or MgO or AI2O3, on a support substrate of silicon material followed by growth by epitaxy of a monocrystalline layer of material Al x lnyGa z AS | P m Nn.
L’invention concerne aussi un substrat pour croissance par épitaxie d’une couche monocristalline de matériau AlxlnyGazAsiPmNn ayant un paramètre de maille proche de celui du matériau GaAs caractérisé en ce qu’il comprend une couche germe monocristalline de matériau SrTiO3 ou YSZ ou CeO2 ou MgO ou AI2O3 sur un substrat support de matériau silicium.The invention also relates to a substrate for growth by epitaxy of a monocrystalline layer of material AlxlnyGa z AsiP m N n having a lattice parameter close to that of the material GaAs characterized in that it comprises a monocrystalline seed layer of material SrTiO 3 or YSZ or CeO2 or MgO or AI 2 O 3 on a support substrate of silicon material.
DESCRIPTION DES FIGURESDESCRIPTION OF THE FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will be better understood on reading the detailed description which follows, with reference to the accompanying drawings in which:
• La figure 1 illustre un procédé de fabrication d’une couche monocristalline de matériau GaAs selon un mode de réalisation de l’invention ainsi qu’un substrat pour la croissance par épitaxie d’une telle couche monocristalline de matériau GaAs selon ce mode de réalisation de l’invention ;• Figure 1 illustrates a method of manufacturing a monocrystalline layer of GaAs material according to an embodiment of the invention as well as a substrate for the growth by epitaxy of such a monocrystalline layer of GaAs material according to this embodiment of the invention;
• La figure 2 illustre un procédé de fabrication d’une couche monocristalline de matériau GaAs selon un autre mode de réalisation de l’invention ainsi qu’un substrat pour la croissance par épitaxie d’une telle couche monocristalline de matériau GaAs selon cet autre mode de réalisation de l’invention ;FIG. 2 illustrates a process for manufacturing a monocrystalline layer of GaAs material according to another embodiment of the invention as well as a substrate for the growth by epitaxy of such a monocrystalline layer of GaAs material according to this other embodiment of carrying out the invention;
• La figure 3 illustre un procédé de fabrication d’une couche monocristalline de matériau GaAs selon encore un autre mode de réalisation de l’invention ainsi qu’un substrat pour la croissance par épitaxie d’une telle couche monocristalline de matériau GaAs selon cet autre mode de réalisation de l’invention ;• Figure 3 illustrates a method of manufacturing a monocrystalline layer of GaAs material according to yet another embodiment of the invention as well as a substrate for the growth by epitaxy of such a monocrystalline layer of GaAs material according to this other embodiment of the invention;
• La figure 4 illustre un procédé de fabrication d’une couche monocristalline de matériau GaAs selon encore un autre mode de réalisation de l’invention ainsi qu’un substrat pour la croissance par épitaxie d’une telle couche monocristalline de matériau GaAs selon cet autre mode de réalisation de l’invention ;• Figure 4 illustrates a method of manufacturing a monocrystalline layer of GaAs material according to yet another embodiment of the invention as well as a substrate for the growth by epitaxy of such a monocrystalline layer of GaAs material according to this other embodiment of the invention;
• La figure 5 illustre un procédé de fabrication d’une couche monocristalline de matériau GaAs selon encore un autre mode de réalisation de l’invention ainsi qu’un substrat pour la croissance par épitaxie d’une telle couche monocristalline de matériau GaAs selon cet autre mode de réalisation de l’invention ;• Figure 5 illustrates a method of manufacturing a monocrystalline layer of GaAs material according to yet another embodiment of the invention as well as a substrate for the growth by epitaxy of such a monocrystalline layer of GaAs material according to this other embodiment of the invention;
Pour favoriser la lisibilité des figures, les différentes couches ne sont pas nécessairement représentées à l’échelle.To make the figures easier to read, the different layers are not necessarily shown to scale.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L’INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION
La figure 1 illustre un substrat support 100 de matériau silicium sur lequel on transfère une couche germe monocristalline 200 de matériau SrTiO3. D’autres matériaux de la couche germe monocristalline 200 peuvent être envisagés tels que YSZ, CeO2, MgO ou ΑΙ2Ο3, ces derniers ayant un paramètre de maille proche de celui du matériau GaAs. Le substrat support 100 de matériau silicium peut aussi être remplacé par un substrat support 100 de matériau saphir, Ni ou Cu. L’utilisation du silicium a l’avantage d’ouvrir le champ d’application des films de matériau GaAs non seulement a des équipements de grande taille type 300 mm mais aussi rendre compatible l’industrie microélectronique pour laquelle les exigences en terme d’acceptance sur la ligne de production de matériau exotique autre que silicium, en particulier GaAs, sont élevées. L’étape d’assemblage 1’ de la couche germe monocristalline 200 de matériau SrTiO3 sur le substrat support 100 de matériau silicium se fait préférentiellement par une étape d’adhésion moléculaire. Cette étape d’adhésion moléculaire comprend une étape de collage, préférentiellement à température ambiante, et est suivie d’un recuit de consolidation de l’interface de collage qui se fait usuellement à des températures élevées jusqu’à 900°C voire 1100°C pendant une durée de quelques minutes à quelques heures.FIG. 1 illustrates a support substrate 100 of silicon material onto which a monocrystalline seed layer 200 of SrTiO 3 material is transferred. Other materials of the monocrystalline seed layer 200 can be envisaged such as YSZ, CeO 2 , MgO or ΑΙ 2 Ο 3 , the latter having a lattice parameter close to that of the GaAs material. The support substrate 100 of silicon material can also be replaced by a support substrate 100 of sapphire, Ni or Cu material. The use of silicon has the advantage of opening the field of application of films of GaAs material not only to large equipment type 300 mm but also to make compatible the microelectronics industry for which the requirements in terms of acceptance on the production line of exotic material other than silicon, in particular GaAs, are high. The assembly step 1 ′ of the monocrystalline seed layer 200 of SrTiO 3 material on the support substrate 100 of silicon material is preferably carried out by a molecular adhesion step. This molecular adhesion step comprises a bonding step, preferably at room temperature, and is followed by a consolidation annealing of the bonding interface which is usually carried out at elevated temperatures up to 900 ° C. or even 1100 ° C. for a period of a few minutes to a few hours.
La figure 1 représente schématiquement l’étape d’assemblage 1’ d’un substrat monocristallin 20 de matériau SrTiO3 sur le substrat support 100 de matériau silicium. Il suit une étape d’amincissement 2’ du substrat monocristallin 20 de matériau SrTiO3 après avoir été assemblé sur le substrat support 100 de matériau silicium. La figure 1 représente schématiquement l’étape d’amincissement 2’ qui peut être mise en œuvre par exemple par gravure chimique et/ou mécanique (polissage, meulage, fraisage, ..). Ainsi on peut obtenir la couche germe monocristalline 200 de matériau SrTiO3 qui va servir comme germe monocristalline d’une étape de croissance 3’ par épitaxie de la couche monocristalline 300 de matériau GaAs faite sur le substrat pour croissance par épitaxie d’une couche monocristalline de matériau GaAs 10 représenté schématiquement dans la figure 1. L’homme de métier saurait ajuster les paramètres utilisés pour une croissance par épitaxie de la couche monocristalline de matériau GaAs usuellement utilisé lors d’une homoépitaxie ou hétéroépitaxie sur un substrat bulk monocristallin afin d’optimiser l’étape de croissance 3’ par épitaxie de la couche monocristalline 300 de matériau GaAs faite sur le substrat pour croissance par épitaxie d’une couche monocristalline de matériau GaAs 10 de la présente invention. L’épitaxie du matériau GaAs se fait donc par MOCVD ou MBE à des températures usuelles entre 550 et 700 °C en utilisant des précurseurs connus par l’homme de métier. La présente invention n’est d’ailleurs pas limitée à une épitaxie du matériau GaAs mais s’étend à certains composites de type AlxlnyGazAsiRmNn ayant un paramètre de maille proche de celui du matériau GaAs.FIG. 1 schematically represents the step of assembling 1 ′ of a monocrystalline substrate 20 of SrTiO material 3 on the support substrate 100 of silicon material. It follows a step of thinning 2 ′ of the monocrystalline substrate 20 of SrTiO 3 material after having been assembled on the support substrate 100 of silicon material. Figure 1 schematically shows the thinning step 2 'which can be implemented for example by chemical and / or mechanical etching (polishing, grinding, milling, etc.). Thus, the monocrystalline seed layer 200 of SrTiO 3 material can be obtained, which will serve as the monocrystalline seed for a 3 ′ growth step by epitaxy of the monocrystalline layer 300 of GaAs material made on the substrate for growth by epitaxy of a monocrystalline layer. of GaAs material 10 shown schematically in FIG. 1. Those skilled in the art would be able to adjust the parameters used for epitaxy growth of the monocrystalline layer of GaAs material usually used during homoepitaxy or heteroepitaxy on a monocrystalline bulk substrate in order to optimizing the 3 'growth step by epitaxy of the monocrystalline layer 300 of GaAs material made on the substrate for growth by epitaxy of a monocrystalline layer of GaAs material 10 of the present invention. The epitaxy of the GaAs material is therefore carried out by MOCVD or MBE at usual temperatures between 550 and 700 ° C. using precursors known to those skilled in the art. The present invention is moreover not limited to an epitaxy of the GaAs material but extends to certain composites of the AlxlnyGa z AsiR m Nn type having a lattice parameter close to that of the GaAs material.
Là figure 2 représente schématiquement un mode de réalisation du procédé de fabrication d’une couche monocristalline de matériau GaAs qui se différencie du mode de réalisation décrit en lien avec la figure 1 en ce que le substrat monocristallin 20’ de matériau SrTiO3 subit une étape d’implantation 0” d’espèces atomiques et/ou ioniques afin de former une zone de fragilisation délimitant une portion 200’ du substrat monocristallin 20’ de matériau SrTiO3 destinée à être transférée sur le substrat support 100’ de matériau silicium, et en ce que l’étape d’amincissement 2” comprend un détachement au niveau de cette zone de fragilisation de manière à transférer ladite portion 200’ du substrat monocristallin 20’ de matériau SrTiO3 sur le substrat support 100’ de matériau silicium, en particulier ce détachement comprend l’application d’une contrainte thermique et/ou mécanique. L’avantage de ce mode de réalisation est ainsi de pouvoir récupérer la partie restante 201 du substrat monocristallin 20’ de matériau SrTiO3 de départ qu’on peut ainsi utiliser de nouveau pour faire subir le même procédé de nouveau et ainsi réduire les coûts. Le substrat pour croissance par épitaxie d’une couche monocristalline de matériau GaAs 10’ ainsi illustré dans la figure 2 sert pour l’étape de croissance 3” de la couche monocristalline 300’ de matériau GaAs comme déjà décrit lors du procédé décrit en lien avec la figure 1. De manière générale l’étape d’implantation 0” sé fait avec des ions hydrogène. Une alternative intéressante bien connue de l’homme de l’art consiste à remplacer tout ou partie des ions hydrogène par des ions hélium. Une dose d’implantation d’hydrogène sera typiquement comprise entre 6x1016 cm’2 et 1x1017 cm'2. L’énergie d’implantation sera typiquement comprise entre entre 50 à 170 keV. Ainsi le détachement se fait typiquement à des températures entre 300 et 600°C. On obtient ainsi des épaisseurs de la couche germe monocristalline de l’ordre de 200 nm à 1,5 pm. Juste après l’opération de détachement, des étapes technologiques additionnelles sont avantageusement.ajoutées dans le but soit de renforcer I interface de collage, soit de récupérer une bonne rugosité, soit de guérir les défauts éventuellement générés pendant l’étape d’implantation ou encore pour préparer la surface de la couche germe à la reprise d’épitaxie. Ces étapes sont par exemple un polissage, une gravure chimique (humide ou sèche), un recuit, un nettoyage chimique. Ils peuvent être utilisés seuls ou en combinaison que l’homme de l’art saura ajuster.FIG. 2 schematically represents an embodiment of the method for manufacturing a monocrystalline layer of GaAs material which differs from the embodiment described in connection with FIG. 1 in that the monocrystalline substrate 20 ′ of SrTiO 3 material undergoes a step 0 ”implantation of atomic and / or ionic species in order to form a weakening zone delimiting a portion 200 ′ of the monocrystalline substrate 20 ′ of SrTiO 3 material intended to be transferred to the support substrate 100 ′ of silicon material, and that the 2 ”thinning step comprises a detachment at this embrittlement zone so as to transfer said portion 200 ′ of the monocrystalline substrate 20 ′ of SrTiO 3 material onto the support substrate 100 ′ of silicon material, in particular this posting includes the application of thermal and / or mechanical stress. The advantage of this embodiment is thus to be able to recover the remaining part 201 of the monocrystalline substrate 20 'of starting material SrTiO 3 which can thus be used again to subject the same process again and thus reduce costs. The substrate for growth by epitaxy of a monocrystalline layer of GaAs material 10 ′ thus illustrated in FIG. 2 is used for the 3 ”growth step of the monocrystalline layer 300 ′ of GaAs material as already described during the process described in connection with Figure 1. Generally the 0 ”implantation step is done with hydrogen ions. An interesting alternative well known to those skilled in the art consists in replacing all or part of the hydrogen ions with helium ions. A hydrogen implantation dose will typically be between 6 × 10 16 cm 2 and 1 × 10 17 cm 2 . The implantation energy will typically be between 50 to 170 keV. Detachment is therefore typically carried out at temperatures between 300 and 600 ° C. This gives thicknesses of the monocrystalline seed layer of the order of 200 nm to 1.5 μm. Immediately after the detachment operation, additional technological steps are advantageously added in order either to strengthen the bonding interface, or to recover good roughness, or to cure any defects that may be generated during the implantation step or else to prepare the surface of the germ layer for resumption of epitaxy. These steps are for example polishing, chemical etching (wet or dry), annealing, chemical cleaning. They can be used alone or in combination that those skilled in the art will be able to adjust.
La figure 3 se différencie des modes de réalisation décrits en lien avec la figure 1 et figure 2 en ce que le substrat pour croissance par épitaxie d’une couche monocristalline de matériau GaAs (10, 10’) comprend une interface démontable 40’ configurée pour être démontée. Dans le cas d’un substrat support 100 de matériau silicium il peut s’agir d’une surface rugueuse par exemple du matériau silicium assemblée avec la couche germe monocristalline lors de I étape d’assemblage. Ou encore une interface rugueuse peut être présente au sein du substrat support 100 de matériau silicium, ce dernier par exemple obtenu par assemblage de deux plaques de silicium. Un autre mode de réalisation serait d’introduire au niveau de la face à assembler avec la couche germe monocristalline une couche de silicium poreux susceptible de fracturer lors de l’application d’une contrainte mécanique et/ou thermique, par exemple par insertion d’une lame au bord de plaque connu par I homme de métier ou encore par l’application d’un recuit. Bien évidemment cette interface est choisie de sorte à résister aux autres contraintes mécaniques et/ou thermiques subies lors du procédé de la présente invention (p.ex. détachement, croissance par épitaxie,...). L’homme de métier saura identifier d’autres méthodes de réalisations de cette interface démontable. Ces différentes configurations de démontage permettent ainsi soit un report de la couche épitaxiée sur un support final qui n est pas compatible avec les paramètres de croissance soit la préparation d’un film épais de matériau GaAs de type autoporté.FIG. 3 differs from the embodiments described in connection with FIG. 1 and FIG. 2 in that the substrate for growth by epitaxy of a monocrystalline layer of GaAs material (10, 10 ′) comprises a removable interface 40 ′ configured for be disassembled. In the case of a support substrate 100 of silicon material, it may be a rough surface, for example silicon material assembled with the monocrystalline seed layer during the assembly step. Or a rough interface may be present within the support substrate 100 of silicon material, the latter for example obtained by assembling two silicon wafers. Another embodiment would be to introduce at the face to be assembled with the monocrystalline seed layer a layer of porous silicon capable of fracturing during the application of mechanical and / or thermal stress, for example by insertion of a blade at the edge of a plate known to a person skilled in the art or else by the application of annealing. Obviously this interface is chosen so as to withstand the other mechanical and / or thermal stresses undergone during the process of the present invention (eg detachment, growth by epitaxy, etc.). Those skilled in the art will be able to identify other methods of making this removable interface. These different dismantling configurations thus allow either a transfer of the epitaxial layer to a final support which is not compatible with the growth parameters or the preparation of a thick film of self-supporting GaAs material.
La figure 4 représente schématiquement un mode de réalisation du procédé de fabrication d’une couche monocristalline de matériau GaAs qui se différencie des modes de réalisation décrits en lien avec la figure 1, la figure 2 et la figure 3 en ce que la couche de germe monocristalline 2000’ de matériau SrTiO3 se présente sous la forme d’une pluralité de pavés (2001’, 2002’, 2003’) transférés chacun sur le substrat support 100” de matériau silicium. Les différents pavés peuvent se présenter sous une forme quelconque (carré, hexagonale, bandes,...) et avec des tailles différentes variant de quelques mm2 à plusieurs cm2. L’espacement entre les puces peut également varier significativement selon que l’on cherche une densité maximum de couverture (dans ce cas on choisira préférentiellement un espacement inférieur à 0,2 mm) ou au contraire une dissémination maximum des pavés au sein du substrat (dans ce cas l’espacement peut être de plusieurs millimètres et même centimètres). Pour chaque pavé l’homme de métier saurait appliquer le transfert qu’il souhaite et n’est pas limité à une méthode particulière. Ainsi on pourrait envisager d’appliquer les renseignements techniques décrits en lien avec le procédé illustré schématiquement dans la figure 1 ou les renseignements techniques décrits en lien avec le procédé illustré schématiquement dans la figure 2 , voir même une combinaison des deux. Ainsi il est possible d’assembler Γ” des substrats monocristallins (2001, 2002, 2003) de matériau SrTiOs qui ont une taille inférieure à la taille du substrat support 100” afin de créer par amincissement 2’” sur ce dernier les couches germe monocristallines (200Γ, 2002’, 2003’) pour la croissance par épitaxie 3’” d’une couche monocristalline (3001, 3002, 3003) de matériau GaAs sur chaque pavé du substrat pour croissance par épitaxie d’une couche monocristalline de matériau GaAs 10”.FIG. 4 schematically represents an embodiment of the method for manufacturing a monocrystalline layer of GaAs material which differs from the embodiments described in connection with FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3 in that the germ layer Monocrystalline 2000 'of SrTiO 3 material is in the form of a plurality of blocks (2001', 2002 ', 2003') each transferred onto the support substrate 100 ”of silicon material. The different pavers can be in any form (square, hexagonal, stripes, ...) and with different sizes varying from a few mm 2 to several cm 2 . The spacing between the chips can also vary significantly depending on whether we are looking for a maximum density of coverage (in this case we preferentially choose a spacing of less than 0.2 mm) or on the contrary a maximum dissemination of the blocks within the substrate ( in this case the spacing can be several millimeters and even centimeters). For each block, the skilled person could apply the transfer he wishes and is not limited to a particular method. Thus one could consider applying the technical information described in connection with the process illustrated schematically in Figure 1 or the technical information described in connection with the process illustrated schematically in Figure 2, or even a combination of the two. Thus it is possible to assemble Γ ”of monocrystalline substrates (2001, 2002, 2003) of SrTiOs material which have a size smaller than the size of the support substrate 100” in order to create by thinning 2 '”on the latter the monocrystalline seed layers (200Γ, 2002 ', 2003') for the growth by epitaxy 3 '”of a monocrystalline layer (3001, 3002, 3003) of GaAs material on each block of the substrate for growth by epitaxy of a monocrystalline layer of GaAs material 10 ".
Les différents modes de réalisation décrites en lien avec les figures 1 à 4 ouvrent ainsi la possibilité de co-intégration de composants faits dans la couche monocristalline de matériau GaAs avec des composants fait dans le substrat support de matériau silicium. Ce dernier peut être simplement un substrat silicium mais il peut aussi s’agir d’un substrat de type SOI comprenant une couche d’oxyde de silicium séparant un substrat silicium d’une couche fine de silicium. Dans le cas des modes de réalisation décrits en lien avec les figures 1 à 4 l’accès au substrat support peut se faire simplement par lithographie et gravure connu par l’homme de métier. Dans le cas du mode de réalisation décrit en lien avec la figure 4 on peut aussi simplement choisir les emplacements des pavés ainsi que leur espacement.The various embodiments described in connection with FIGS. 1 to 4 thus open up the possibility of co-integration of components made in the monocrystalline layer of GaAs material with components made in the support substrate of silicon material. The latter can simply be a silicon substrate, but it can also be an SOI type substrate comprising a layer of silicon oxide separating a silicon substrate from a thin layer of silicon. In the case of the embodiments described in connection with FIGS. 1 to 4, access to the support substrate can be done simply by lithography and etching known to those skilled in the art. In the case of the embodiment described in connection with FIG. 4, it is also possible to simply choose the locations of the blocks as well as their spacing.
La figure 5 représente schématiquement un mode de réalisation qui se différencie du mode de réalisation décrit en lien avec la figure 4 en ce que le substrat support 100” ainsi que par la suite le substrat pour croissance par épitaxie de la couche monocristalline de matériau GaAs 10” comprend une interface démontable 40 configurée pour être démontée, par exemple par une attaque chimique et/ou par une sollicitation mécanique. Ceci permettrait d’enlever une partie du substrat support 100” comme déjà évoqué en lien avec la figure 3. Un exemple serait l’utilisation d’un substrat support 100 de type SOI comprenant une couche d’oxyde de silicium séparant un substrat silicium d’une couche fine de silicium. Cette couche d’oxyde pourrait être utilisée comme interface démontable 40 par une gravure sélective de cette couche d’oxyde, par exemple par immersion dans un bain d’acide fluorhydrique (HF). Cette option de démontage par gravure chimique d’une couche enterrée est particulièrement intéressante lorsqu’elle vient en combinaison du traitement d’une pluralité de petits substrats. En effet, le rayon d’action des sous-gravures est généralement limité à quelques centimètres voire quelques millimètres si l’on souhaite conserver des conditions et des temps de traitement industriellement raisonnables. Le traitement d’une pluralité de petits substrats autorise le démarrage de plusieurs fronts de gravure chimique grâce à un accès possible de la couche enterrée entre chaque pavé, et non plus seulement sur les bords extrêmes des substrats qui peuvent aller jusqu’à 300mm de diamètre. Dans le cas d’un substrat support de type SOI il est ainsi possible d’enlever en partie la couche fine de silicium entre les pavés afin de permettre le démarrage de plusieurs fronts de gravure.FIG. 5 schematically represents an embodiment which differs from the embodiment described in connection with FIG. 4 in that the support substrate 100 ″ as well as thereafter the substrate for growth by epitaxy of the monocrystalline layer of GaAs material 10 ”Comprises a removable interface 40 configured to be dismantled, for example by chemical attack and / or by mechanical stress. This would make it possible to remove part of the support substrate 100 "as already mentioned in connection with FIG. 3. An example would be the use of a support substrate 100 of SOI type comprising a layer of silicon oxide separating a silicon substrate d 'a thin layer of silicon. This oxide layer could be used as a removable interface 40 by selective etching of this oxide layer, for example by immersion in a hydrofluoric acid (HF) bath. This option of dismantling a buried layer by chemical etching is particularly advantageous when it comes in combination with the treatment of a plurality of small substrates. Indeed, the radius of action of under-engravings is generally limited to a few centimeters or even a few millimeters if one wishes to maintain industrially reasonable conditions and treatment times. The processing of a plurality of small substrates allows the start of several chemical etching fronts thanks to a possible access of the buried layer between each paver, and no longer only on the extreme edges of the substrates which can go up to 300mm in diameter . In the case of an SOI type support substrate, it is thus possible to partially remove the thin layer of silicon between the blocks in order to allow the starting of several etching fronts.
La fine couche de silicium ayant une épaisseur prédéterminée (pouvant varier entre 5 nm à 600 nm, voir plus épais en fonction de l’application visée) pourrait ainsi servir pour former des composants micro-électronique et ainsi permettre la co-intégration de composants à base de matériaux GaAs dans un même substrat.The thin layer of silicon having a predetermined thickness (which can vary between 5 nm to 600 nm, or even thicker depending on the intended application) could thus be used to form microelectronic components and thus allow the co-integration of components to base of GaAs materials in the same substrate.
Ainsi après avoir élaboré par épitaxie la couche monocristalline (3001, 3002, 3003) on pourrait aussi imaginer un assemblage de cette structure sur un substrat final et démonter au niveau de l’interface démontable 40 une partie du substrat support 100”. Le substrat final peut ainsi fournir des fonctionnalités supplémentaires qui sont par exemple incompatibles avec des paramètres de la croissance effectuée auparavant (par exemple substrat final de type plastique flexible ou encore substrat final comportant des lignes métalliques). Par ailleurs et de manière générale l’interface démontable ne se situe pas forcément à l’intérieur du substrat support mais peut également se trouver à l’interface avec la couche germe de matériau SrTiOs assemblée sur ce substrat support comme déjà décrit en lien avec la figure 3.So after having developed by epitaxy the monocrystalline layer (3001, 3002, 3003) we could also imagine an assembly of this structure on a final substrate and dismantle at the removable interface 40 part of the support substrate 100 ". The final substrate can thus provide additional functionalities which are, for example, incompatible with parameters of the growth carried out previously (for example final substrate of flexible plastic type or else final substrate comprising metallic lines). Furthermore and generally the removable interface is not necessarily located inside the support substrate but may also be at the interface with the seed layer of SrTiOs material assembled on this support substrate as already described in connection with the figure 3.
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